3.1 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Structures des Systèmes d’ExploitationStructures des Systèmes d’Exploitation

Composants Systèmes Services des OSs Appels Système Programmes Système Structure du système Machines Virtuelles Conception et Implémentation de Système Génération de système

3.2 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Composants Systèmes CommunsComposants Systèmes Communs

Gestion de Processus Gestion de la mémoire centrale Gestion des fichiers Gestion du système d’E/S Gestion de Stockage Secondaire Gestion de réseaux Système de Protection Système d’Interprétation de Commandes

3.3 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Gestion de ProcessusGestion de Processus

Un processus est un programme en exécution Un processus a besoin de certaines ressources; CPU,

mémoire, fichiers, les périphériques d’E/S, … pour accomplir sa tâche

L’OS est responsable des activités suivantes en relation avec la gestion des processus Création et suppression de processus Suspension et relancement du processus Mécanismes pour:

Synchronisation entre processus Communication entre processus Traîtement des interblocages

3.4 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Gestion de la Mémoire CentraleGestion de la Mémoire Centrale La mémoire est un large vecteur de mots ou octets, chaque

entrée ayant sa propre adresse C’est un espace de stockage de données rapidement

accessible par la CPU et les périphériques d’E/S La mémoire centrale est un espace de stockage volatil; elle

perd son contenu en cas de problème système L’OS est responsable des activités suivantes en relation avec la

gestion de la mémoire Garder la trace de la mémoire utilisée et de la mémoire

encore libre Décider quels processus à charger en mémoire dès que de

l’espace mémoire devient disponible Allouer et libérer la mémoire sous la demande des processus

3.5 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Gestion des FichiersGestion des Fichiers Un fichier est une collection d’informations liées défini par son

créateur Communément, les fichiers représentent les programmes (source

ou objets) et les données L’OS est responsable des activités suivantes en relation avec la

gestion des fichiers: Création et suppression de fichiers Création et suppression de répertoires Support de primitives pour la manipulation des fichiers et des

répertoires Mapper les fichiers en mémoire secondaire Backup de fichiers sur un média de stockage non volatil

3.6 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Gestion des E/SGestion des E/S Le système d’E/S consiste en:

Un système de tampon-cache Une interface générale de pilote de périphérique Pilotes pour les périphériques matériels spécifiques

3.7 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Gestion de la Mémoire SecondaireGestion de la Mémoire Secondaire Comme la mémoire principale est volatile et trop petite

pour accomoder tous les programmes d’une façon permanente, l’ordinateur doit avoir une mémoire secondaire

La plupart des ordinateurs de nos jours utilisent les disques magnétiques comme mémoire secondaire

L’OS est responsable des activités suivantes en relation avec la gestion des disques: Gestion de l’espace libre Allocation Ordonnacement des requêtes sur les disques

3.8 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Réseaux (Systèmes Répartis)Réseaux (Systèmes Répartis) Un système réparti est une collection de processeurs qui n’ont

pas une mémoire commune, ni une horloge en commun Chaque processeur a sa propre mémoire, sa propre horloge

Les processeurs sont connectés par un réseau de communication

Un protocole est utilisé pour la communication Un système réparti fournit un accès utilisateur à différentes

ressources systèmes L’accès à des ressources partagées permet:

L’accélération de la computation Une meilleure disponibilité des données Une meilleure robustesse

3.9 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Système de ProtectionSystème de Protection La protection est le mécanisme de contrôle d’accès des

processus, des utilisateurs aux ressources système et utilisateurs

Le mécanisme de protection doit: Identifier les utilisations autorisées et non autorisées Spécifier les contrôles à imposer Fournir les moyens pour enforcer

3.10 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Système de CommandesSystème de Commandes Plusieurs commandes sont données à l’OS par des instructions

de contrôle portant sur: Création et gestion des processus E/S Gestion de la mémoire secondaire Gestion de la mémoire principale Accès au système de fichiers Protection Réseau

3.11 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Système de Commandes (Cont.)Système de Commandes (Cont.) Le programme qui lit et interprète les instructions de contrôle est

appelé:

Interpréteur de lignes de commandes shell

Sa fonction est de lire et d’exécuter la nouvelle instruction

3.12 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Services de l’OSServices de l’OS Exécution des programmes – système capable de charger un

programme en mémoire et de l’exécuter Opérations d’E/S – comme les programmes utilisateurs ne

peuvent pas exécuter des opérations d’E/S directement, l’OS doit fournir les moyens pour le faire

Manipulation des systèmes de fichiers-manipulation système – capacité de lire, d’écrire, de créer, et de supprimer des fichiers

Communication – échange d’informations entre les processus exécutant soit sur le même ordinateur (mémoire partagée) ou sur des systèmes différents reliés par un réseau (échange de messages).

Détection d’erreurs – assure des computations correctes en détectant les erreurs dans la CPU, la mémoire, les E/S, ou les programmes utilisateurs

3.13 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Fonctions Additionnelles des OSsFonctions Additionnelles des OSs

Des fonctions additionnelles existent non pas pour aider les utilisateurs, mais plutôt pour assurer l’eficacité des opérations

Allocation de ressources – Allouer des ressources à plusieurs utilisateurs ou à plusieurs processus simultanément

Comptabilité – garder les informations sur les ressources utilisées par chaque utilisateur pour des fins de facturation ou de statistiques

Protection – s’assurer que tous les accès aux ressources système sont contrôlés

3.14 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Appels SystèmeAppels Système

Les Appels Système sont l’interface entre un processus et l’OS Générallement disponibles sous forme d’instructions en

assembleur Les langages définis pour remplacer l’assembleur dans la

programmation système permettent de faire des appels système directement (e.g., C, C++)

Trois méthodes générales sont utilisées pour passer des paramètres entre un processus en exécution et l’OS Passer les paramètres dans les registres Ranger les paramètres dans une table en mémoire, et l’@

de la table est passée dans un registre Push (empiler) les paramètres dans la pile du programme,

et pop (dépiler) la pile par l’OS

3.15 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Passage de paramètres dans une TablePassage de paramètres dans une Table

3.16 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Types des Appels SystèmeTypes des Appels Système Contrôle de processus Gestion des fichiers Gestion des périphériques Maintenance des informations Communications

3.17 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Exécution MS-DOSExécution MS-DOS

At System Start-up Running a Program

3.18 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

UNIX Exécutant Plusieurs ProgrammesUNIX Exécutant Plusieurs Programmes

3.19 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Modèles de CommunicationModèles de Communication

Message Passing Shared Memory

La communication peut se faire par partage de mémoire ou par échange de messages

3.20 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Programmes SystèmeProgrammes Système

Les programmes système fournissent un environnement pour le développement et l’exécution de programmes. Il peuvent être divisés en : Manipulation de fichiers Informations sur le statut Modification de fichiers Support des langages de programmation Chargement et exécution de programmes Communications Programmes Applicatifs

Les utilisateurs ont une vue de l’OS basée sur les programmes systèmes plutôt que les appels systèmes.

3.21 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Structure Système du MS-DOS Structure Système du MS-DOS MS-DOS – écrit pour fournir le plus de fonctionnalités avec une

occupation mémoire réduite Pas divisé en modules Interfaces et niveaux de fonctionnalités mal séparés

3.22 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Structure des Couches MS-DOSStructure des Couches MS-DOS

3.23 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Structure du Système UNIXStructure du Système UNIX

UNIX – OS séparé en deux entités Programmes systèmes Le noyau

Consiste en tout ce qui se trouve entre l’interface appels système et le matériel

Fournit le système de fichiers, l’ordonnacement du CPU, la gestion de la mémoire, et d’autres fonctionnalités système; un nombre impressionnant de fonctionnalités pour une couche

3.24 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Structure du Système UNIXStructure du Système UNIX

3.25 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Approche à CouchesApproche à Couches L’OS est divisé en un nombre de couches (niveaux), chacun

construit en fonction des couches inférieures. La couche la plus basse (couche 0) est le matériel; la couche la plus haute (couche N) est l’interface utilisateur.

Avec la modularité, les couches sont construites de sorte que chaque couche utilise seulement les fonctions (opérations) et les services des couches inférieures

3.26 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Une Couche OSUne Couche OS

3.27 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Structure des Couches OS/2Structure des Couches OS/2

3.28 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Structure des Systèmes Micronoyaux Structure des Systèmes Micronoyaux Transfère le plus de fonctionnalités possibles dans l’espace

utilisateur La communication se fait par échange de messages entre les

modules utilisateurs Bénéfices:

Extension du système plus facile Portage de l’OS vers d’autres architectures plus facile Plus de fiabilité (moins de code en mode noyau) Plus de sécurité

Inconvénients: Overhead des communications entre l’espace utilisateur et l’espace

noyau => moins performant

3.29 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Structure Mac OS XStructure Mac OS X

3.30 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Structure Client-Serveur Windows NTStructure Client-Serveur Windows NT

3.31 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

ModulesModules

La plupart des OSs actuels implémentent des modules noyau Utilisation des approches objets Chaque composant noyau est isolé Les composants communiquent via leurs interfaces Chacun peut-être chargé au besoin dans le noyau

En conclusion, pareil aux couches mais encore plus flexible et performant

3.32 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Approche Modulaire de SolarisApproche Modulaire de Solaris

3.33 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Machines VirtuellesMachines Virtuelles Une approche machine virtuelle considère le matériel et l’OS

comme étant “un matériel” Une machine virtuelle fournit une interface identique à celle du

matériel sous-jacent L’OS crée l’illusion de processus multiples, chacun s’exécutant

sur son processeur et sur sa mémoire

3.34 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Machines Virtuelles (Cont.)Machines Virtuelles (Cont.) Les ressources de l’ordinateur sont partagées pour créer les

machines virtuelles L’ordonnancement CPU peut créer l’illusion que les utilisateurs ont

chacun leur propre processeur Spooling et le système de fichiers fournit des périphériques virtuels

(imprimantes, lecteurs, …) Un terminal utilisateur sert comme la console d’opérations de la

machine virtuelle

3.35 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Modèles SystèmeModèles Système

Machine Non-virtuelle Machine Virtuelle

3.36 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Avantages/Inconvénients des Machines Virtuelles Avantages/Inconvénients des Machines Virtuelles

Le concept d’une machine virtuelle (VM) fournit une protection complète des ressources système du fait que toute VM est isolée des autres VMs.

Un système de VM est excellent pour la recherche et le développement de nouveaux systèmes; le développement est fait sur une machine virtuelle et de ce fait n’interrompt pas le fonctionnement normal du système.

Le concept de VM est difficile à implémenter à cause des efforts requis pour la duplication exacte du matériel sous-jacent

3.37 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Machine Virtuelle JavaMachine Virtuelle Java Les programmes Java compilés sont indépendants de la

plateforme d’accueil; bytecode exécutés par la Java Virtual Machine (JVM)

JVM consiste en Chargeur de classes Vérificateur de classes Interpréteur

Compilateur Just-In-Time (JIT) améliore les performances

3.38 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

La Machine Virtuelle JavaLa Machine Virtuelle Java

3.39 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

La Plateforme JavaLa Plateforme Java

3.40 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Fichier Java .class File pour Différentes Fichier Java .class File pour Différentes PlateformesPlateformes

3.41 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Environnement Développement JavaEnvironnement Développement Java

3.42 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Objectifs de la Conception SystèmeObjectifs de la Conception Système Objectifs Utilisateurs – l’OS doit être facile d’utilisation, facile à

apprendre, fiable, sécurisé, et performant Objectifs Système – l’OS doit être facile à concevoir, à

implémenter, et à maintenir, flexible et extensible, fiable, sans erreurs, et performant

3.43 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Mécanismes et PolitiquesMécanismes et Politiques Une politique détermine ce qu’on veut mettre en place Un mécanisme détermine comment on le met en place La séparation des politiques et des mécanismes est un principe

très important; il permet une flexibilité maximale en cas de changement de politique

3.44 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Implémentation SystèmeImplémentation Système Traditionnellement écrits en assembleur, les OSs sont écrits

actuellement en langages de haut niveau Code écrit en un langage de haut niveau:

Ecrit plus rapidement Plus compact Plus facile à comprendre et à debugger => plus fiable

Un OS est beaucoup plus facile à porter s’il est écrit dans un langage haut niveau

3.45 URD L2 2005Systèmes d’Exploitation

Génération de Système (SYSGEN)Génération de Système (SYSGEN) Les OSs sont conçus pour s’exécuter sur tout type de machines;

le système doit être configuré pour chaque type d’ordinateurs Le programme SYSGEN obtient des informations concernant la

configuration spécifique du matériel Booting – lancer l’ordinateur en chargeant le noyau Bootstrap – Code en ROM capable de localiser le noyau, le

charger en mémoire, et lancer son exécution